2.2. Термічна обробка картопляної сировини
2.2.1. Виділення клітинного соку.
Звільнений з клітин картоплі клітинний сік, при його подрібненні, представляє суміш розчинених у воді білків, амінокислот, цукрів, мікроелементів, вітамінів та інших речовин. Натуральний клітинний сік містить 4,5-7,0 % сухих речовин. У нього переходить близько 20 % всіх сухих речовин картоплі.
Клітинний сік що виділяється на початку виробництва, зменшує піноутворення на подальших операціях, збільшує продуктивність технологічного устаткування і насосів, сприяє повторному використанню процесових вод і значному скороченню кількості стічних вод крохмального виробництва і їх забрудненості. Крім того, під дією кисню повітря відбувається окислення деяких складних речовин клітинного соку, що приводить до потемніння крохмалю і зменшення вязкості отримуваного з нього клейстеру.
Для раціонального використання цінних речовин картоплі, поліпшення якості крохмалю, що виробляється, і збільшення його виходу клітинний сік виділяють в концентрованому вигляді.
Клітинний сік виділяють на центрифугах. Це відстійні горизонтальні центрифуги бізперервної дії зі шнековим вивантаженням осаду.
Клітинний сік здатний утворювати стійку піну. Для зменшення кількості піни, що утворюється, виключають підсос повітря в живлячих комунікаціях і забезпечують безперервне відведення клітинного соку.
Для забезпечення постійного виведення клітинного соку з центрифуги і транспортувань його на наступну технологічну операцію в конструкції машини передбачений спеціальний вузол - напірний диск. Робота його грунтується на використанні гідростатичного натиску клітинного соку, що виходит з центрифуги.
Зневоднена на центрифугах кашка представляє собою липкий тістоподібний продукт. При центрифугуванні він з великою силою ударяється об стінки камери вивантаження осаду і поступово на них нашаровується. Це може привести до великого накопичення його в камері вивантаження і підпору ротора, що обертається. Для усунення цього недоліку в камеру вивантаження осаду підводиться вода, за допомогою якої осад переміщається в приймальний сбірник. Приймальний сбірник для кашки доцільно вмонтовувати безпосередньо під камерою вивантаження осаду, обладнав його мішальним механізмом. При цьому забезпечується вільний викид осаду і гарне|добре| його перемішування з промивною водою.
Основна вимога до центрифуг зводиться до того, щоб виділити з кашки якомога більше клітинного соку з найменшими втратами вільного крохмалю.
Якість роботи центрифуг оцінюється коефіцієнтом виділення клітинного соку. Він є відношенням кількості виділеного на центрифузі соку до всього вивільненого при подрібненні кашки клітинного соку і виражається в процентах (2.2).
(2.2)
де К -- коефіцієнт виділення клітинного соку %;
А -- кількість вільного клітинного соку в початковій кашці, кг;
В -- кількість виділеного клітинного соку, кг.
Коефіцієнт виділення клітинного соку залежить від ступеня зневоднення початкової кашки, яка в свою чергу визначається конструктивними особливостями центрифуг і частотою обертання ротора.
Чим більше внутрішній діаметр циліндрової частини ротора, частота обертання і час знаходження продукту в центрифузі, тим більше зневоднюється кашка і більше коефіцієнт виділення клітинного соку.
Втрати вільного крохмалю з клітинним соком регулюються якістю і кількістю продукту, що поступає в машину.
При інших різних умовах розбавлення початкової кашки водою сприяє зменшенню втрат крохмалю з соком і збільшенню продуктивності центрифуги.
Для ефективного використання клітинного соку прагнуть виділити його в більш концентрованому вигляді. Проте при перекачуванні нерозбавленої картопляної кашки поршневі насоси мають низьку продуктивність.
Для полегшення транспортування кашку розбавляють в збірнику перед насосом чистою або процесовою водою в співвідношенні від 1:1 до 1:2. При цьому виділяють слабкоразбавлений клітинний сік з концентрацією сухих речовин 3,5-5% в кількості 70 % і більше залежно від ступеня розбавлення кашки водою і типу вживаної для цього центрифуги. Вміст сухих речовин в осіданні після центрифуги залежно від її конструкції коливається в межах 32-43 %. Втрати крохмалю з клітинним соком при гарній роботі центрифуги складають 0,5-0,6 гр./л.
2.2.2. Вимивання крохмалю з кашки. Кашка після виділення з неї більшої частини концентрованого клітинного соку і розбавлення процесовою водою або рідким крохмальним молоком є водною суспензією, що включає зерна крохмалю, розірвані і нерозірвані картоплі, а також розчинні речовини клітинного соку, що залишилися в кашці.
Для очищення крохмалю від нерозчинних домішок (мезги), що залишилася, кашку промивають водою на ситових апаратах різних конструкцій і по різних схемах.
Найбільш поширено дві схеми: з роздільним промиванням крупної і дрібної мезги на відцентрових ситах і сумісним промиванням крупної і дрібної мезги на дугових ситах. Станція вимивання крохмалю з кашки призначена для максимального відділення вільних зерен крохмалю разом з дрібною мезгою від крупної мезги. Вимивання крохмалю з кашки проводять на барабанно-струнних і відцентрово-лопатевих ситах по наступній схемі, представленій на рис.2.7.
2.2.3. Виділення сокової води.
На станції виділення клітинного соку з основного виробництва виводиться 60-70% вільних розчинних речовин, що містяться в подрібненій картоплі. Велика частина розчинних речовин, що залишилися, в процесі вимивання крохмалю з кашки розбавляється свіжою або процесовою водою і разом з крохмалем і дрібною мезгою переходить в підситовий продукт. Концентрація сухих речовин в цій суспензії 3-4 %. Розбавлений клітинний сік (рідка фаза цієї суспензії) називається соковою водою. При знаходженні на повітрі вона швидко забарвлюється в темно-коричневий колір. Фарбувальні речовини сокової води погіршують колір крохмалю. Для поліпшення кольору крохмалю отриману при відмиванні крохмалю з кашки суспензію негайно звільняють від більшої частини сокової води, відокремлюючи її центрифугуванням.
Крохмальна суспензія
Мезга (вміст сухих речовин 15-17%)
Кашка
Крохмальна суспензія Мезга (вміст сухих речовин 10-12%)
Крохмальна суспензія
Мезга (вміст сухих речовин 7-9%)
Крохмальна суспензія
Мезга (вміст сухих речовин 4,5-6%)
Мезга (вміст сухих речовин 10-12%)
Рисунок 2.7. Схема роботи ситової станції заводу
У картоплекрохмальній| промисловості для відділення сокової води застосовують горизонтальні відстійні центрифуги зі шнековим вивантаженням осаду.
Якість роботи центрифуг оцінюється вмістом вільного крохмалю в соковій воді і ступенем зневоднення осаду. Промислові центрифуги забезпечують зневоднення осаду до 33-40% сухих речовин і вмісту вільного крохмалю в соковій воді до 0,3 гр./л. Збільшення концентрації початкової суспензії і її кількості сприяє зростанню втрат крохмалю з соковою водою. Вміст сухих речовин в осіданні зменшується, а втрати крохмалю з соковою водою збільшуються при зростанні вмісту мезги в початковій суспензії. Вихід сокової води має бути вільним. При нормальній роботі відстійні центрифуги виділяють з соковою водою більше 90 % розчинних речовин, що поступають з початковою суспензією.
Окрім крохмалю і невеликої кількості розчинних речовин в осаді залишається ще значна кількість дрібної мезги, вміст якої (залежно від розміру осередків вживаних сит на станції вимивання крохмалю з кашки і якості подрібнення) складає 4-9 % по сухій речовині.
2.2.4. Рафінування крохмального молока.
Рафінування крохмального молока- це очищення його від більшої частини дрібної мезги. Рафінування -- одна з основних технологічних операцій крохмального виробництва, що робить великий вплив на якість отримуваного крохмалю.
Доброякісність крохмалю, що поступає на рафінування, визначається як відношення вмісту зневодненого чистого крохмалю до маси всіх сухих речовин продукту і складає 91-94%. У крохмальній суспензії, що поступає на рафінування, міститься 4-9 % дрібної мезги до маси всіх сухих речовин.
Рафінування крохмального молока зазвичай проводять послідовно| в два етапи на барабанно-струменевих, дугових або хитних ситах.
Хитне сито складається з рами завдовжки 3,5-5м, укріпленою на пружинячих стійках. У раму зверху закладаються окремі деревяні рамки завдовжки близько 1м. На деревяні рамки натягається робоча сітка.
Для сходу надситового продукту на копиці рами є козирок. Крохмальна суспензія, яка пройшла через сито збирається в кориті під ситом і з нього виводиться з машини.
Рама отримує поворотно-поступальний рух. Число коливань може бути від 450 до 750 в хвилину. Для розбавлення мезги між рамками влаштовують поперечні желобки-катаракти, куди із зрошувачів подається свіжа вода. У катарактах дрібна мезга добре перемішується з водою і крохмаль краще відмивається на сітці, наступній за катарактом рамки. Таких желобків-катарактів по довжині сита може бути три -- пять. Сито має нахил у бік сходу надситового продукту 25-50мм на 1м довжини.
Хитні сита прості по пристрою, витрачають мало електроенергії. Проте вони малопродуктивні, займають велику виробничу площу, не відповідають сучасним санітарним вимогам.
Робота станції рафінування крохмального молока відбувається таким чином. Молоко, що згущують, після виділення з нього сокової води на центрифугах розбавляють свіжою водою або рідкою крохмальною суспензією із станції вимивання крохмалю з дрібної мезги до вмісту сухих речовин в ньому 12-14 %. Цю суспензію подають на перший ступінь рафінування. Зрошування хитних або барабанно-струменевих сит регулюють так, щоб концентрація сухих речовин в молоці після сит була 10-12% до маси продукту і вміст дрібної мезги складав 1-1,5% по масі сухих речовин молока. Розбавлене до такого ступеня крохмальне молоко поступає на друге (контрольне) рафінування, де зрошування сит регулюють так, щоб вміст сухих речовин в рафінованому молоці був 6-8 %, а дрібної мезги - не більше 0,5 % до маси сухих речовин молока.
Якість роботи рафінувальних сит характеризується ще й утриманням вільного крохмалю в мезгі, що сходить з сит. При гарній роботі сит його не повинно бути більше 60 % по масі сухих речовин мезги.
Витрата свіжою води на зрошування рафінувальних сит залежно від типу вживаних машин, вмісту крохмалю в картоплі і коефіцієнта подрібнення складає 60-120% до маси картоплі, що переробляється. Чим більше крохмалистість і коефіцієнт подрібнення картоплі, тим більше витрата води на станції рафінування крохмалю.
2.2.5. Промивання дрібної мезги.
Відокремлена на I і II ступенях рафінування крохмального молока дрібна мезга містить 7-10% сухих речовин (по масі сирої мезги), з них 30-60% вільного крохмалю. Для відділення цього крохмалю на заводах є спеціальна станція промивання дрібної мезги.
Промивання дрібної мезги має принципову відмінність від вимивання крохмалю з кашки. З одного боку, дрібна мезга майже повністю звільнена від клітинного соку, її обєм і маса значно менше обєму і маса кашки. Це повинно було б сприяти полегшенню процесу вимивання з неї крохмалю. З іншого боку, частинки дрібної мезги по своїх розмірах мало відрізняються від крупних зерен крохмалю, що примушує застосовувати ситові матеріали з дуже малими розмірами отворів. Останнє ускладнює процес ситування. Крім того, дрібна мезга з крохмалем утворює щільніший і погано фільтрований осад, що також ускладнює процес.
Дрібну мезгу залежно від якості роботи попередніх ситових апаратів промивають в два або три етапи на барабанно-струменевих, плоских хитних, дугових і інших центробіжних ситах.
На більшості заводів дрібну мезгу промивають в два ступені на барабанно-струменевих або хитних ситах. При цьому що пройшло через сито I ступеня крохмальне молоко концентрацією 3-5 % сухих речовин поступає на розбавлення молока, що згущують, після центрифуг виділення сокової води, а крохмальне молоко з II ступеня концентрацією 0,5-1,5% сухих речовин поступає на розбавлення кашки після першої основної терки або перетирання.
Дрібну мезгу промивають на дугових ситах в три ступені за принципом протитечії, тобто свіжу або процесову воду подають на останній третій ступінь, рідке крохмальне молоко з третього ступеня повертають на розбавлення дрібної мезги після першого ступеня, молоко з другого ступеня - на розбавлення дрібної мезги після сит рафінування, а з третього ступеня - на розбавлення молока перед її рафінуванням. При обслуговуванні станції промивання дрібної мезги ретельно регулюють подачу води на розбавлення мезги перед останнім ступенем і на зрошування барабанно-струменевих або хитних сит.
2.2.6. Промивання крохмалю.
Крохмальне молоко після сит рафінування має доброякісність 97-98 %, останні 2-3% складають домішки, головним чином пісок, тонкі волокна мезги і невелика кількість розчинних речовин.
Для остаточного очищення крохмалю від розчинних речовин і легких домішок служить станція промивання крохмалю.
Для промивання крохмалю застосовують гідроциклони, відстійні і відстійно-промивні центрифуги, на заводах невеликої потужності -- розмивні чани.
На якість промитого на станції гідроциклонів| крохмалю впливають якість і кількість води, що подається на станцію, якість і кількість крохмальної суспензії, що поступає, робота насосів, кваліфікація обслуговуючого| персоналу та інші чинники.
Крохмаль слід промивати тільки питною водою. Попадання з водою піску і інших забруднень приводить до отримання крохмалю поганої якості.
У суспензії, що поступає на станцію, також не повинно міститися| піску, а кількість дрібної|мілкої| мезги| не повинна перевищувати встановленої норми.
Технологічна схема виробництва сухого крохмалю включає наступні виробничі процеси: підготовка сирого крохмалю до сушки для підвищення його якості і очищення від сторонніх домішок (цю операцію здійснюють тільки при доставці| сирого картопляного крохмалю з інших крохмальних заводів); механічне зневоднення крохмалю; сушка; просіювання; пакування; маркування і зберігання готової продукції.
Сирий крохмаль нестійкий в зберіганні через підвищену вологість. Особливо швидко псується сирий крохмаль при підвищеній температурі. Картопляний крохмаль після зберігання вимагає додаткового очищення на ситових апаратах, відстійних центрифугах або гіроциклонних установках.
Очищений крохмаль у вигляді крохмальної суспензії щільністю 36-8% перекачують в цех готової продукції на станцію механічного зневоднення крохмалю.
2.2.7. Механічне зневоднення крохмалю.
На механічне зневоднення поступає зазвичай не сирий крохмаль 50%-ної вологості, а чисте крохмальне молоко концентрацією не менше 36-38%. Його значно зручніше транспортувати насосом, простіше розподіляти між паралельно працюючими машинами, крім того, крохмальне молоко рівномірно розподіляється в барабанах центрифуг, що обертаються, і по поверхні вакуум-фільтрів, використовуваних для механічного зневоднення.
Воду з крохмалю видаляють послідовно двома способами -- механічним і тепловим.
Механічний спосіб дешевший, витрати на видалення вологи тепловим способом (сушка) приблизно в 3 рази більше, ніж механічним. Тому прагнуть якомога більше вологи видалити з крохмалю механічним способом. Проте можливість видалення води механічним шляхом обмежена. Практично вологість картопляного крохмалю при механічному зневодненні на осушуючих центрифугах виходить близько 36%. При використанні вакуум-фільтрів вологість складає 40-42%.
Таким чином, із загальної кількості води, що поступила з крохмальним молоком на зневоднення, механічним шляхом видаляється близько 73 %, сушкою -- 15 % і приблизно 12 % води залишається в сухому крохмалі.
2.2.8. Сушка крохмалю. Для сушки крохмалю в крохмало-паточній промисловості в даний час застосовують головним чином сушарки пневматичного типу.
На картоплекрохмальних заводах, що переробляють 100 т. картоплі на добу, набули поширення відцентрові сушарки.
В основу роботи пневматичних сушарок всіх систем покладений принцип сушки розпушеного крохмалю в рухомому потоці гарячого повітря. Швидкість руху суміші крохмаль -- повітря по сушильному тракту (сушильній трубі) вибирають таку, щоб вона була більше швидкості витання зерен крохмалю в потоці. Практично швидкість руху цієї суміші буває 14-20 м/с. При такій швидкості руху суміші сушка крохмалю триває долі секунди, тобто відбувається майже миттєво. Це дозволяє застосовувати в пневматичних сушарках повітря високої температури, не побоюючись нагрівання зерен крохмалю вище за допустиму норму.
2.3. Пакування готового пропродукту.
2.3.1. Просіювання крохмалю.
Застосування для сушки крохмалю відцентрових і пневматичних сушарок миттєвої дії, де сушка відбувається в потоці гарячого повітря в розпушеному стані, дозволяє отримувати готовий сухий крохмаль хорошої якості.
Крохмаль, висушений на цих сушарках, як правило, не містить крупи або містить її незначну кількість. Малий вміст крупи в сухому крохмалі пояснюється ще тим, що майже всі сушарки миттєвої дії мають вбудовані сепаруючі пристрої, що виділяють крупу і недосушений крохмаль, які тут же повертаються на повторне подрібнення в розпушувачі, а потім на досушку. Температура сухого крохмалю, що виходить з відцентрових і пневматичних сушарок, не перевищує 35-40 °С. Часто ця температура буває значно нижчою за рахунок охолоджування крохмалю в циклонах, бункерах або шнеках після циклонів.
Операції по обробці сухого крохмалю зводяться до просіювання крохмалю на аппаратах, що розсіюють. Просіювання сухого крохмалю дозволяє виділити з нього не тільки крупу, але і сторонні випадкові домішки, мезгу, пісок та ін.
Просіювання виконується в окремому приміщенні, де одночасно| проводять зважування та пакування крохмалю.
Для просіювання крохмалю на заводах застосовують призматичні бурати, які виготовляють на місці.
Призматичний бурат представляє собою шестигранну призму, що обертається, встановленою з невеликим нахилом і корпусі з металу або з дерева. Призма бурата обертається на підшипниках і здійснює 20-25 об/хв, споживаючи 0,15-0,55 кВт залежно від добової продуктивності і розмірів апарату.
Загальна ситова поверхня бурата 5,74м2, продуктивність 1м2 ситової поверхні 120 кг/год. Під час вступу на просіювання крохмалю з нормальною вологістю (13-20%) продуктивність практично досягає 200-250 кг/год.
2.3.2. Пакування крохмалю.
Після просіювання на просіювальних апаратах крохмаль прямує на упаковку. Упаковують крохмаль в нові льняні або джутові мішки по 50 і 60кг Для зменшення втрат від розпилювання при зберіганні і перевезеннях такі мішки зверху проклеюють крохмальним клейстером і просушують. Для упаковки використовують також паперові крафт-мішки, які поміщають в льняні або джутові мішки. Передбачається також можливість дрібної фасовки від 100 до 1000 гр. в паперові пакети або тару з| поліетиленової плівки. Пакети укладають в ящики по 30кг в кожен.
Крохмаль зважують на вагових дозаторах та направляють на зберігання.
На кожному етапи виробництва картопляного крохмалю повинна чіко дотримуватися технологія та основні технологічні параметри. Контроль технологічного процесу виробництва картоплянеого крохмалю представлено у таблиці 2.8.
Таблиця 2.8. Аналіз технологічного процесу виробництва крохмалю